CN101977315B - 一种跨层预测编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种跨层预测编码的方法，其包括获取基本层的重建顶场和重建底场；利用所述重建顶场和重建底场得到重建视频帧；利用上采样插值滤波器对所述重建视频帧进行上采样插值以得到用于跨层预测的增强层空间预测帧；获得所述增强层空间预测帧的空间预测顶场和空间预测底场；利用所述空间预测顶场和空间预测底场进行预测编码。从而可以获得较为理想的上采样滤波插值结果，进一步降低高分辨率视频流失真率。
Description
【技术领域】
本发明涉及视频编码领域，特别是涉及一种跨层预测编码方法。
【背景技术】
在广播和监控领域，不同用户对显示分辨率，视频质量和传输宽带有各自不同的需求。因此传统的单层视频编码器需要扩展成多层视频编码器，从而能在压缩后的同一个视频流内提供不同的视频格式和画质。这样就可以满足不同用户的需求。
基于此，JVT(Joint Video team)提出了H.264/AVC扩展版--SVC(ScalableVideo Coding，可伸缩视频编码)。SVC技术在时域、空域和图像质量三个方面实现了分层编码。其中最重要的是空域分层编码，其主要是利用不同分辨率视频层之间的空域相关性进行编码。可参见图1所示，其中将原始图像通过下采样滤波器进行采样后得到所需的较低的低分辨率视频层(即基本层)的图像，随后所述基本层图像经过基本层编码器编码成基本层比特流图像进行传输。SVCD技术在空域上的编码体现为：在同时刻的不同空域上的编码可以进行跨层预测，即在基本层编码器获取基本层信息后，利用所述基本层信息在增强层(高分辨率视频层)编码器中对增强层信息进行预测编码，编码得到增强层比特流图像以进行传输。这样获取基本层编码信息后直接预测对应的增强层信息，由此而不需要对增强层的数据直接进行编码，可以大大减少增强层下编码的计算量。一般的，当视频流利用场编码时，根据基本层的重建顶场和底场来直接预测同时段的高分辨率的重建顶场和底场。但这样产生的缺点是：由基本层的顶场和底场直接预测高分辨率的顶场和底场会使得预测的增强层不精确，且画质非常差。
因此有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
本发明的目的在于提供一种跨层预测编码方法，其在客观评价标准轻微下降的情况下，进一步的降低增强层的编码码率，从而整体上明显的提高增强层的率失真性能。
根据本发明的一方面，本发明提供一种跨层预测编码方法，其包括：获取基本层的重建顶场和重建底场；利用所述重建顶场和重建底场得到重建视频帧；利用上采样插值滤波器对所述重建视频帧进行上采样插值以得到用于跨层预测的增强层空间预测帧；获得所述增强层空间预测帧的空间预测顶场和空间预测底场；利用所述空间预测顶场和空间预测底场进行预测编码。
进一步的，用所述基本层的亮度得到所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场，用所述基本层的色度得到所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场。
更进一步的，根据所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场得到基本层的亮度重建视频帧；根据所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场得到基本层的色度重建视频帧。
更进一步的，根据所述增强层和基本层之间的长度和宽度的伸缩比，使用上采样滤波器分别对所述亮度重建视频帧和色度重建视频帧插值得到用于跨层预测的增强层下亮度空间预测帧和色度空间预测帧。
更进一步的，根据所述增强层空间预测帧的亮度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的亮度空间预测顶场和亮度空间预测底场；所述增强层空间预测帧的色度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的色度空间预测顶场和色度空间预测底场。
更进一步的，利用所述亮度空间预测顶场和亮度空间预测底场进行预测编码，利用所述色度空间预测顶场和色度空间预测底场进行预测编码。
更进一步的，所述上采样插值滤波器采用双线性上采样差值滤波器。
与现有技术相比，本发明首先在获取基本层的重建顶场和重建底场后得到基本层下的重建视频帧，然后利用上采样滤波器对所述重建视频帧进行上采样已得到增强层空间预测帧，进而获取所述增强层空间预测顶场和空间预测底场以进行跨层预测。从而可以获得较为理想的上采样滤波插值结果，进一步降低高分辨率视频流失真率。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为现有技术中空域SVC编码器的结构图；
图2为本发明中的跨层预测编码方法在一个实施例中的流程图；
图3为一帧中4:2:0亮度和色度样点垂直和水平位置示意图；和
图4为对应图3中帧的顶场和底场中4:2:0亮度和色度样点的垂直和水平位置示意图。
【具体实施方式】
本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。
本发明提供一种跨层预测编码方法，其根据基本层的重建底场和重建顶场得到重建视频帧后，利用上采样插值滤波器对所述重建视频帧进行插值以得到增强层的用于空间预测的空间预测帧，最后根据所述空间预测帧得到空间预测顶场和空间预测底场，据此进行跨层预测。其具体过程可参见图2所示。
图2为本发明中的跨层预测编码方法在一个实施例中的流程图，所述跨层预测的上采样滤波的方法100包括：
步骤110，获得基本层的重建顶场和重建底场。
一般的，对视频层进行场编码时，会将所述视频层上的视频帧图像中的所有奇数行作为顶场，而将所有偶数行作为底场。
通常，帧图像是由一个或多个视频样点阵列组成，如仅由亮度(Y)(单色)样点组成的阵列以及由亮度和两个色度组成的阵列等。这里取亮度样点及色度的样点结构为4:2:0的帧图像进行顶场和底场的分场方法。可参阅图3和图4所示，其中图3为一帧中4:2:0亮度和色度样点垂直和水平位置示意图；图4为对应图3中帧的顶场和底场中4:2:0亮度和色度样点的垂直和水平位置示意图。其中叉表示亮度样点，圈表示色度样点。图3中对亮度样点所组成的所有行中的奇数行作为亮度顶场，而亮度样点组成的所有行中的偶数行作为亮度底场；同样，对于色度样点来说，色度样点所组成的所有行中的奇数行作为色度顶场，而色度样样点组成的所有行中偶数行作为色度底场。这样则可以完成场编码中所需要的顶场和底场。
在一个实施例中，对每个视频帧进行编码时，会根据亮度和色度两个方面进行编码，所以根据所述基本层的亮度得到所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场，用所述基本层的色度得到所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场。
步骤120，利用所述重建顶场和重建底场得到重建视频帧。
在一个实施例中，可以根据所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场得到基本层的亮度重建视频帧；根据所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场得到基本层的色度重建视频帧。
步骤130，利用上采样插值滤波器得到增强层空间预测帧。
通过上采样插值滤波器对所述基本层下的重建视频帧进行上采样插值以得到用于跨层预测的增强层空间预测帧。
在一个实施例中，可以根据增强层和基本层之间的长度和宽度的伸缩比，使用上采样滤波器分别对所述亮度重建视频帧和色度重建视频帧插值以得到用于跨层预测的增强层下亮度空间预测帧和色度空间预测帧。也就是说，首先根据所述增强层和基本层之间的长度和宽度的伸缩比将所述基本层的尺寸扩大到增强层的大小，然后对扩大后的增强层尺寸下的基本层进行上采样滤波插值，进而得到增强层下亮度空间预测帧和色度空间预测帧。
在一个优选的实施例中，所述上采样插值滤波器可以采用双线性插值滤波器，这样在插入的数据后产生的图像会比较平滑流畅。
步骤140，获得增强层空间预测顶场和空间预测底场。
将所述增强层空间预测帧按照奇偶分行排列，奇数行组成空间预测顶场，偶数行组成空间预测底场。
在一个实施例中，根据所述增强层空间预测帧的亮度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的亮度空间预测顶场和亮度空间预测底场；所述增强层空间预测帧的色度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的色度空间预测顶场和色度空间预测底场。其示意图均可参阅图3和图4所示。
由上可知，在所述基本层顶场和底场之间的空域相关性较强时，由上述步骤得到的对应的目标增强层空间预测的顶场和底场相关性也较高。
步骤150，利用增强层的空间预测顶场和空间预测底场进行预测编码。
在一个实施例中，分别通过所述增强层亮度空间预测顶场、亮度空间预测底场以及色度空间预测顶场、色度空间预测底场进行预测编码。
在一个具体的实施例中，选取所述亮度空间预测顶场进行预测编码。一般的，每一个帧图像或场都由若干个不相互叠加的宏块组成，而每一个宏块由一个16×16像素的亮度块或一个8×8像素的色度块组成。通常，在编码的过程中，会将所述宏块分成4个8×8像素的亮度块或1个8×8像素的色度块进行预测编码。这里对于所述亮度空间预测顶场就可以分为若干不相互叠加的宏块组成，每个宏块均由一个16×16像素的亮度块，而对与每个宏块可以分成4个8×8像素的亮度块进行预测编码。而对每个8×8像素的亮度块可以利用8×8预测模式进行预测编码。当然，其可以通过帧内预测模式或帧间预测模式中较优的模式进行预测编码。这里一般在进行判定选取较优的模式时，可以通过计算每个8×8像素的亮度块在帧内预测模式下的SATD值以及在帧间预测模式下的SATD值，其中较小的SATD值对应的预测模式被选为该宏块的预测模式进行预测编码。同时也可对每个8×8像素的色度块利用8×8预测模式进行预测编码。
所述帧内预测编码技术和帧间预测编码技术是所属领域的普通技术人员都能够实现的，且不作为本发明的重点或亮点，这里就不再详述。
综上所述，本发明充分挖掘基本层的重建顶场和底场之间的空域相关性，以得到目标增强层顶场和底场相关性较高的预测顶场和底场，进而根据所述顶场和底场进行跨层预测。这样在客观评价标准轻微下降的情况下，进一步的降低增强层的编码码率，从而整体上明显的提高增强层的率失真性能。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (7)
1.一种跨层预测编码方法，其特征在于，其包括：
获取基本层的重建顶场和重建底场；
利用所述重建顶场和重建底场得到重建视频帧；
利用上采样插值滤波器对所述重建视频帧进行上采样插值以得到用于跨层预测的增强层空间预测帧；
获得所述增强层空间预测帧的空间预测顶场和空间预测底场；和
利用所述空间预测顶场和空间预测底场进行预测编码。
2.根据权利要求1所述的跨层预测编码方法，其特征在于：用所述基本层的亮度得到所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场，用所述基本层的色度得到所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场。
3.根据权利要求2所述的跨层预测编码方法，其特征在于：根据所述基本层的亮度重建顶场和亮度重建底场得到基本层的亮度重建视频帧；根据所述基本层的色度重建顶场和色度重建底场得到基本层的色度重建视频帧。
4.根据权利要求3所述的跨层预测编码方法，其特征在于：根据所述增强层和基本层之间的长度和宽度的伸缩比，使用上采样滤波器分别对所述亮度重建视频帧和色度重建视频帧插值得到用于跨层预测的增强层下亮度空间预测帧和色度空间预测帧。
5.根据权利要求4所述的跨层预测编码方法，其特征在于：根据所述增强层空间预测帧的亮度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的亮度空间预测顶场和亮度空间预测底场；所述增强层空间预测帧的色度空间预测帧按照奇偶分行排列得到所述增强层中相应的色度空间预测顶场和色度空间预测底场。
6.根据权利要求5所述的跨层预测编码方法，其特征在于：利用所述亮度空间预测顶场和亮度空间预测底场进行预测编码，利用所述色度空间预测顶场和色度空间预测底场进行预测编码。
7.根据权利要求1至6任一项所述的跨层预测编码方法，其特征在于：所述上采样插值滤波器采用双线性上采样插值滤波器。
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